几何光学第十二讲.ppt
《几何光学第十二讲.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《几何光学第十二讲.ppt(110页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第七章 典型光学系统,概述,典型光学系统:成象系统与非成象系统:目视仪器后系统:,非成像光学系统,我们把不以成像为目的的光学系统统称为非成像光学系统。照明系统、光束的整形与变换系统都属于非成像光学系统的范畴。相比于传统的成像光学而言,非成像光学所关心的不是能否在目标平面上成像以及成像质量如何,而是关注光源的能量利用率以及能量分布情况。照明系统:普通照明系统、显微照明系统、LED照明系统光束的整形与变换系统:分光、准直、扩束、扫描、会聚、整形,成像光学系统与非成像光学系统,成像光学系统传递了物点的位置信息和光强度信息,而非成像光学系统则是对能量进行了重新分配和组合。,光学设计基本步骤,球差曲线,
2、像散、场曲、畸变曲线,常用评价函数,点列图,调制传递函数MTF曲线,现代光学系统,激光光学系统:高斯光束 傅里叶(Fourier)变换光学系统:4f相干光学信息处理系统扫描光学系统:激光显示、存储器、激光打印机、激光扫描、激光雷达和高速摄影系统 阶跃型光纤光学系统:梯度折射率光纤光学系统,4f系统,激光平面干涉仪,光电光学系统,现代光电系统无一不把光学、精密机械、光电转换、电子和计算机技术结合起来,实现其系统的数字化、图像化、智能化和自动化。为达到上述目的,除设计各种不同用途的光电光学系统外,光电能量转换或光电图像转换、数据信号采集与处理、模数转换和计算机处理与分析等都是实现上述目的所不可缺少
3、的重要环节。,光电光学系统,红外夜视光学系统红外雷达、光电报警、激光制导、光电检测,光电检测系统原理框图,相关技术:激光原理(光源、激光器);应用光学(照明、成像)图象传感器(固体:CCD);测控仪器电路数字信号处理;微机接口(D/A、A/D)自动控制、反馈;机械传动,光电检测系统的光学系统,-1 人眼及其光学系统,一、眼睛的结构成像光学系统,1)水晶体变折射率校正球差2)视网膜表面为匹兹伐曲面校正匹兹伐场曲3)盲点神经纤维的出口,由于没有感光细胞而不能产生视觉4)倒立的实像与感觉神经分布有关正像视觉5)类似的摄影系统6)虹膜控制眼瞳大小(瞳孔)孔径光阑,人眼的构造剖视图,人眼的构造剖视图,巩
4、膜,*巩膜是眼球的第一层保护膜,白色、不透明、坚硬;,角膜,*角膜是巩膜的最前端部分,无色而透明;,眼睛内的折射主要发生在角膜上;,脉络膜,*脉络膜是眼球的第二层膜,上面有供给眼睛营养的网状微血管;,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,脉络膜,虹膜,*虹膜是脉络膜的最前端部分,含有色素细胞,决定眼的颜色;,瞳孔,*瞳孔是虹膜中间的小孔,随着外界明亮程度的不同,虹膜肌肉能使瞳孔的直径在28mm范围内变化;它是人眼的孔径光阑。,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,细胞,锥状细胞直径约5微米,长约35微米;杆状细胞直径约2微米,脉络膜,,长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。,虹膜,瞳孔,视网膜,*网膜是
5、眼球的第三层膜,上面布满着感光元素,即锥状细胞和杆状,黄斑中心凹,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,光,脉络膜,盲斑是网膜上没有感光元素的地方,不能引起光刺激。,虹膜,瞳孔,黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。,视神经细胞,晶状体在虹膜后面,是由两个不同曲率的面组成的透明体,,黄斑中心凹,神经纤维,盲斑,大脑,盲斑,视网膜,水晶体,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,率都是不均匀的,由里层到外层逐渐减少,有利于提高,脉络膜,成像质量。水晶体的平均折射率为1.40,其周围是毛状肌,虹膜,瞳孔,似双凸透镜,是眼睛光学系统的成像元件,其密度和折射,能改变水晶体的表面曲率,使人眼在看远近不同的物体时,,黄斑中心凹
6、,盲斑,水晶体,视网膜,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,角膜和晶状体之间的空间称为前室;充满1.336的水状液;,脉络膜,晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体,虹膜,瞳孔,总能将像成在网膜上。,黄斑中心凹,盲斑,前室,后室,视网膜,水晶体,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,脉络膜,眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴,在观察物,虹膜,瞳孔,体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。,黄斑中心凹,盲斑,前室,后室,1.376,1.336,1.336,光轴,视轴,视网膜,水晶体,眼睛的视场很大,可达150,但只有黄斑附近才能清晰识别,其他部分比较模糊,所以能看清物体的角度范围为6 8。
7、,从光学角度看,眼睛中最主要的是:水晶体、视网膜和瞳孔。,正立的人在底片上成倒像,人眼也是成倒像,但我们感觉为什么还是正立的?,人眼本身相当于摄影光学系统,静态简约眼人眼的光学参数介质折射率:n=1.3333 折射面半径:r1=5.77mm 物方焦距:f-17mm 像方焦距:f 23mm 光焦度:D=58.48(1/m)网膜半径:r2=9.7mm 眼睛的物方和像方焦距不相等,人眼的成像特点,人眼是一个类似的摄影系统,角膜相当于一个凸凹镜,前室亦如此,水晶体相当于一个双凸镜。物点在视网膜上形成一个倒立的实像,但这一倒像的感觉经神经系统的作用,给人以正像的视觉。眼睛的物方和像方焦距不相等。f=-1
8、7.1mm,f=22.8mm在调焦范围内,-f=14.217.1mm,f=18.922.8mm,二、眼睛的调节及校正,1眼睛的调节,眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。眼睛的调节能力表示为能清晰调焦的极限距离范围;f的变化范围是18mm23mm,当肌肉完全放松时(通过调节),眼睛所能看清的最远的点称为远点,其相应的距离称为远点距,以 r 表示(米),当肌肉在最紧张时(通过调节),眼睛所能看清的最近的点称为近点,其相应的距离称为近点距,以 p 表示(米),正常眼睛的远点距为无限远,非正常眼睛(远视或近视)的远点距为一有限值。,注:近点距离并不是明视距离 250mm,明视距离-清晰成像的极限距离
9、:在阅读时,或眼睛通过目视光学仪器观测物像时,为了工作舒适,习惯上把物或像置于眼前250mm处,称作明视距离。,人眼的调节能力是用远点距r的倒数和近点距p的倒数之差来描述,用A来表示,即,单位为折光度(或称屈光度),1/r远点视度1/p近点视度,2、眼睛的缺陷和矫正,正常眼在肌肉完全放松的自然状态下,能够看清楚无限远处的物体,即远点应在无限远(R=0),像方焦点正好和视网膜重合,F,若不符合这一条件就是非正常眼,或称视力不正常,最常见的有近视眼和远视眼,所谓近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处(r 0),对应着负视度,配上 适当的负光焦度眼镜后,即可使无限远物 体成像于眼睛的远点上,然后再经眼
10、睛成 像于网膜上,因而眼 镜矫正了眼睛的缺陷。,近视眼:远点位于眼前有限距离,眼球突起,焦点在视网膜前负透镜,所谓远视眼就是其远点在眼睛之后(r 0),,这是由于眼球偏短,像方焦点位于视网膜的之后所致。因此,射入眼睛的光束只有是会聚时,才能正好聚焦在视网膜上。,对应着正视度,需以正透镜来使其远点恢复到无限远。,远视眼:远点位于眼后有限距离,眼球扁平,焦点在视网膜后正透镜,校正方法,视度:远点距离lr(单位为m)的倒数表示近视眼或远视眼的程度,称为视度,单位为折光度(或屈光度)。通常医院和眼镜店把一折光度称作100度。,近视眼或远视眼的远点视度可通过仪器来测得,知道此值后即可求得所需眼镜的焦距。
11、,例如:有一近视眼,通过验光得知其远点视度为-2个屈光度(眼镜行业称近视200度),则其远点距r=-0.5 m,,需配焦距为-500mm的近视眼镜。,缺陷:,近视眼和远视眼(先天、后天)斜视(光楔)散光(水晶体曲率半径不等,柱面镜,)老花眼属自然生理现象,不是缺陷,3、目视光学仪器视度调节,人眼的视觉缺陷可以在眼前加以透镜可以矫正目视光学仪器要适应不同视力的人使用为此,目镜可以改变其前后的位置,使仪器所成的像不再位于无限远,而位于目镜的前方或后方一定的位置这就是目视光学仪器的视度调节,物镜,目镜,正常眼,近视眼,远视眼,F眼,F眼,F眼,四眼睛的辐射接收器(适应特性),人眼还能在不同亮暗程度的
12、条件下工作。,这就是人眼的另一个特性,具有对周围空间光亮情况适应的过程 称为适应,适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所产生的变态过程,可分为对暗适应和对光适应两种,前者发生在光亮处到黑暗处的时候,后者发生在自黑暗处到光亮处的时候。,人眼的适应,适应:眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度。明适应:由暗处进入亮处,瞳孔自动缩小;快暗适应:由亮处进入暗处,瞳孔自动放大。慢,10,12,:,1,10,12,:,10,12,12,12,10,12,辐射接收器视网膜,视网膜:由锥状细胞和杆状细胞组成,两种细胞各有不同的任务;杆状细胞:对光刺激极敏感,但完全不感色;明视觉、弱照明锥状细胞:感光能力差,但
13、它们能对各色光有不同的感受。暗(色)视觉、亮照明,锥状细胞:色视觉,杆状细胞:光视觉,五、眼睛的分辨率(分辨本领),眼的分辨能力:眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨能力,或视觉敏锐度。指的是成像在中央凹区时的分辨能力。,人眼的分辨率一般用极限分辨角来表示。,人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性,同时也是目视光学仪器设计的重要依据之一。用其它观测设备(如照相机、CCD等)替代人眼时也可据此作为参考。,人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角,人眼分辨率与极限分辨角成反比关系,眼睛在看物空间两点时,这两点对眼睛物方节点的张角成为两点间的角距离或称为视角,从人眼的视网膜结构上来分析:,如果这
14、两点的像分别落在被分隔开的两个视网膜细胞上,即得到两个点的视觉,由此可见,眼睛的分辨率与视网膜上两像点距离及视觉细胞的直径大小有关,当两像点的间距大于(或等于)视觉细胞的直径时,就认为眼睛可以分辨。,人眼的极限分辨角可表示为,(rad),眼睛的分辨率(分辨本领),眼能够分辨两个像点间的最小距离=两视觉神经细胞的直径(瑞利判据)在眼睛没有调节的松弛状态下,f 23mm,可得最小分辨角60(视角鉴别率)60。视角:物体对人眼的张角称作视角。(对物方节点的张角)视角敏锐度1/光学系统的放大率与的关系 系统.系统=人眼,眼睛虽具有发现一个平面上两根平行直线的不重合能力,但也有一定的限度这个不重合限度的
15、极限值称为人眼的瞄准精度。,人眼的瞄准精度一般用角度值来表示,六、眼睛的对准精度,即两线宽的几何中心线对人眼的张角小于某一角度值时,虽然还存在着不重合,但眼睛已经认为是完全重合的,这时角度值即为人眼瞄准精度。,人眼对于线条的变形或两条线错开造成的外形变化或比较两条线宽的变化具有很高的灵敏度。人眼通过两物的比较发现它们外形变化的能力比分辨它们要强得多。,瞄准精度和分辨率是两个概念。,又有一定的联系,经验证明,人眼的最高瞄准精度约为分辨率的1/6至1/10。,1、两实线瞄准 60,2、两实线端部瞄准1020,3、双线平分或对称瞄准510,4、虚线压测件轮廓边缘2030,眼睛在观察物体时,除了一般的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 几何 光学 第十二

链接地址:https://www.31ppt.com/p-6407142.html